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1、PCM introduction,工艺控制监测器介绍,PCM-process control monitor（工艺控制监测器）一解是process control monitor,一解是parameter control monitor。PCM参数给定的是该工艺要实现的一些重要的参数，包括各方块电阻/电容/孔接触电阻/导线电阻/管子的开启电压等重要参数等。,不仅仅是电阻，所有用到的器件包括有源和无源器件的参数都要给出具体数值。方块电阻，电容阻值，晶体管的基本参数都给出。在流片结束后测试专门放在划片槽中的PCM图形，作为“交货的质量凭证”。,PCM是Foundry监控工艺的，当器件的测量值都在指
2、定的范围内，Foundry就会说我们的工艺没问题，如果产品性能差就是设计的问题了。,Contents,1 概述2 PCM 硬件部分3 PCM 测试原理和方法 4 PCM 异常处理,Whats PCM,PCM就是Process Control&Monitor的简称 同时，PCM也称为 WAT：Wafer Accept Test（芯片接收测试）ET:Electrical Test,1.对产品进行参数质量检验；2.通过PCM测试，获取流水线上异常信息；3.为流水线上的工艺实验提取参数信息；4.进行客户反馈产品失效原因分析；5.数据统计分析工作；,PCM测试的目的,PCM主要设备,1.HP4062 半
3、导体参数测试仪2.AG4070 series 3、S4504、HP4155 半导体参数测试仪,HP4062 半导体参数测试仪,HP4062 硬件系统结构,GBIB总线方式的虚拟仪器,GPIB技术是IEEE488标准的虚拟仪器早期的发展阶段。它的出现使电子测量独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展，典型的GPIB系统由一台PC机、一块GPIB接口卡和若干台BPIB形式的仪器通过GPIB电缆连接而成。在标准情况下，一块GPIB接口可带多达14台仪器，电缆长度可达40米。GPIB技术可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，可以很多方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。GP
4、IB测量系统的结构和命令简单，主要应用于台式仪器，适合于精确度要求高的，但不要求对计算机高速传输状况时应用。,HP4155 半导体参数测试仪,HP4155 半导体参数测试仪,HP4155 原理,HP4155参数测试分析仪由 HP4155,HP41501 构成一套测试系统半导体参数分析仪HP4155 半导体参数测试；电压测量范围：200V，电流测量范围：1A 半导体参数测试仪HP4145半导体参数测试；电压测量范围：100V，电流测量范围：100mA.1.HP4155由四组 SMU，两组 VSU，两组 VMU 构成 SMU:SOURCE MONITOR UNIT.有三种用途：Voltage so
5、urce while monitoring current.Current source while monitoring voltage.Source common with no monitor.VSU:VOLTAGE SOURCE UNIT.VMU:VOLTAGE MONITOR UNIT.2.HP41501 由两组PGU，一组 HPSMU(或两组 MPSMU),一组 GNDU构成 PGU:PULSE GENERATOR UNIT HPSMU:HIGH POWER SMU MPSMU:MEDIUM POWER SMU GNDU:接地单元,PCM 测试模块,PCM图形放在划片的槽中,B,D
6、,G,S,S,S,S,S,主要参数介绍,（1）开启电压（NXSTRW2/PXSTRW2）（2）击穿电压（NXSTRW2/PXSTRW2）（3）导通电流（NXSTRW2/PXSTRW2）（4）单管漏电流（NXSTRW2/PXSTRW2）（5）方块电阻（NPLUS/PPLUS/TUBS/PGT/PPC/M1LSVDP/M2LSVDP）（6）接触电阻（NPLUS/PPLUS/PGT/PPC/）（7）电容及电容击穿（CAPNP/CAPPC）,RES1（条电阻测试）,TUBS（阱电阻）,CAPNP（电容模块）,PTRANW2（通孔测试）,PPLUS（P+RES，Rc）,A brief process f
7、low,Related monitor items 相关的监视器项目,WELL:R,BV,Active/Field:VTF,junction BV,VT IMP:MOS VT,GOX:Tox,BV,POLY:R,Leff,LDD/SPACER:MOS IonMOS BVFOX punch through,S/D:N+/P+R,BVCont R,Contact:R CONT,Reliability,M1:M1 SHEET RM1 COM/MND,D2:M2/M1 CAPVIA,Passivation:,VIA:VIA R,reliability,D1,reflow:M1 COMB,MEANDM1
8、-G FOX,M1/PLY CAP,END,Alloy:MOS VT,M2:M2 SHEET RM2 COM/MND,主要参数介绍,（1）开启电压（NXSTRW2/PXSTRW2）（2）击穿电压（NXSTRW2/PXSTRW2）（3）导通电流（NXSTRW2/PXSTRW2）（4）单管漏电流（NXSTRW2/PXSTRW2）（5）方块电阻（NPLUS/PPLUS/TUBS/PGT/PPC/M1LSVDP/M2LSVDP）（6）接触电阻（NPLUS/PPLUS/PGT/PPC/）（7）电容及电容击穿（CAPNP/CAPPC）,阈值（开启）电压的测试,1、基本原理 简单的来说 开启就是在栅上加电压
9、使硅表面反型，然后在漏上加一定电压，使源漏之间有电流通过的过程。2、基本测试方法 在栅上扫描电压，N管时扫描正电压 0-3伏，P管时扫描负电压（3）-0伏。在漏上加0.1伏电压（P管时加 0.1伏），源和和衬底接地。示意图如下：,MOS管结构图,D,S,B,G,|03V|,接地,|0.1V|,NMOS VT,Vth1,Linear region MAX GM method Ids=W/L*us*Cox*(Vgs-Vt-Vds/2)Vds 2,constant current method Ids=Ith*W/L,Why gm decrease?,影响开启电压异常的因数,3、开启电压影响因素1）
10、沟道注入异常导致开启电压失效；2）注入损伤或刻蚀损伤在退火过程中没有消除；3）衬底的浓度异常或阱注入异常；4）栅氧化层的厚度异常；,击穿电压的测试,1、基本原理 单管的击穿电压就是在漏上加一个反向电压。一开始当漏上电压还没有达到击穿电压时，源漏电流很小。当电压达到击穿电压时，源漏之间的电流会突然增大，达到微安级甚至更高。这个时候漏上加的电压就是击穿电压。2、基本测试方法 1）BVd/sgt 的测试在漏上扫描电压，N管时扫描正电压，P管时扫描负电压，扫描范围由具体情况而定，一般为 0 到 25 V。源，衬底，栅 接地。2）BVsd/gt 的测试在源和漏上同时扫描电压，N管时扫描正电压，P管时扫描
11、负电压，扫描范围由具体情况而定，一般为 0 到 25 V。3）BVt/sgd 的测试 在源漏栅上同时扫描电压，衬底接地。N管时扫描正电压，P管时扫描负电压，扫描范围由具体情况而定，一般为 0 到 25 V。,击穿电压测试曲线,Vd-Id曲线,Id,Vd,影响击穿电压异常的因数,1）底浓度太浓会造成单结击穿电压偏小；2）沟效应会造成源漏串通电压偏小；3）栅氧的质量也会影响击穿电压的值；4）有源区铝硅互融会影响击穿电压；,导通电流的测试,1、基本原理 管子在达到饱和状态时沟道中所能达到的最大电流即为导通电流。所以导通电流也称饱和电流。2、基本测试方法 在漏上加5V电压（P管为负5V），然后在栅上扫
12、描电压0到5V（P管为负5V)测试源漏之间的最大电流即为所测的导通电流。(图参见图1-1),导通电流测试曲线,Vg-Id 曲线,线性区域,饱和区域,Vg,Id,图1-1,影响导通电流异常的因数,1）衬底浓度的高低与Ion存在反比的关系；2）短沟时Ion 会偏大；3）栅氧偏薄会造成Ion 偏大；4）对于有沟注的产品，沟注剂量大小也会影响Ion的值；,NMOS Isub,Bias Vds=Vdd,sweep Vgs to find the peak substrate current.,影响单管漏电流异常的因数,1）短沟会造成漏电流偏大；2）栅氧质量好坏也会引起漏电流的变化；3）沟道表面的一些沾污
13、会造成漏电流的偏大；,方块电阻测试,1、基本原理 为了控制N+，P+，P-WELL 的浓度，以及POLY掺杂的浓度，我们还对N+，P+，P-WELL，以及POLY的电阻率进行测试，其测得的电阻称为方块电阻。,2、基本测试方法 1）条电阻测试方法 条电阻测试是采用加电压测电流的方法，测得的电阻在除以相应的方块数，就得到所要测的方块电阻。名称举例：NW 100/20 RES。2）VDP(Van Der Pauw)方法测试电阻一般采用加电流测试电压的方法来测试方块 电阻。名称举例：NWELL SHEET RES。,方块电阻测试结构图,1,2,3,4,RES,VDP 测试结构图,测试模块图,Force
14、 I,Measure V,接触电阻测试,1、基本原理 要使整个管子能够达到一定功效，各个部分之间的接触性能也很重要。我们测试的接触电阻就是要控制其大小。2、基本测试方法 利用KELVIN结构测试，在相对两端加电流，然后测试另外相对两端的电压。所加电流的大小视电阻的大小而定，两者之间是反比关系。名称举例：NPLUS CONT RES,接触电阻测试电路,4,5,6,7,4567,Rc,Al1,N+/P+/Poly,测试结构图,等效电路图,影响接触电阻异常的因数,1）触孔没有开通接触电阻会返回值1.0E+20；2）触孔表面形貌不好会使接触电阻变大；3）孔的过腐蚀会使N+,P+接触电阻变大；,电容测试
15、,1、BV 一般的电容介质是二氧化硅。由于二氧化硅是绝缘体，在一般情况下是不导电的。但是有一个外加电场存在时，当外加电场强度所提供的能量已经足以把一部分满带的电子激发到导带时，这个时候二氧化硅不再表现为绝缘性质，而是已经开始导电。这个时候所加的外加电压的值就是我们所测试的电容击穿电压值。2、基本测试方法 电容击穿的测试是在氧化层的一端，多晶上扫描电压，然后把氧化层的另一端，衬底接地，来测试电容的击穿电压。当电流达到1uA的时候，认为电容此时被击穿。这个时候所加的电压就是电容击穿电压。,影响电容击穿因数,影响电容击穿的主要原因是二氧化硅膜的性质。如果二氧化硅膜存在一些缺陷，都会使电容击穿变小。,2,C-VMeasure capacitance under a bias condition.(usually to monitor GOX,PIP,Dielectric thickness),?,Diode,Leakage current under working voltageBV1uAForward on voltage(not always test),Leakage/Step coverage monitor,POLY/Metal COMB.Field isolation test(VTF&Leakage)Metal Ratio,END,
